制冷剂载冷剂和冷冻机油.ppt

第二章 制冷剂、载冷剂和冷冻机油,第一节 制冷剂的种类和要求,制冷剂：是制冷机中的工作流体，它是制冷系统中为实现制冷循环的工作介质，也称为制冷工质，或简称工质。,一、制冷剂的发展史,蒸气制冷机中的制冷剂从低温热源中吸取热量，在低温下气化，再在高温下凝结，向高温热源排放热量。因此，只有在工作温度范围内能够气化和凝结的物质才有可能作为制冷剂使用。,乙醚1834年,查尔斯泰勒（Charles Tellier)二甲基乙醚,拉乌尔皮克特（Raul Pictel）SO2 1874年,混合制冷剂 二十世纪五六十年代,卡特林德（Carl Linde)NH3 1870年,威德豪森（Windhausen）CO2 1866年,汤姆斯米杰里（Thomas Midgley）卤代烃 1929-1930年,1974年美国加利福尼亚大学的罗兰（Sherwood Rowland）教授和他的博士后莫利纳（Mario Molina）在“自然”杂志上发表文章，指出卤代烃在紫外线作用下会释放出氯离子，而氯离子会消耗地球周围热成层（Stratosphere，原名平流层）中的臭氧（Ozone,O3），而使过量的太阳紫外线照射到地面，给地球上的生物和人类带来一系列的危害。为此，瑞典皇家科学院将1995年的诺贝尔化学奖授予这两位和一名德国的化学家，以表彰他们在大气化学特别是臭氧的形成和分解研究方面作出的杰出贡献。,二、卤代烃制冷剂的命名,蒙特利尔议定书,1对CFCs，包括CFC11、CFCl2，CFCll3、CFCll4、CFCll5 等氯氟烃物质：（1）对发达国家，规定从1996年1月1日起完全停止生产与消费；（2）对发展中国家（CFCs人均消耗量小于0.3kg/年），最后停用的日期是2010年。2对HCFCs，包括HCHC22、HCFCl42b、HCFCl23等：（1）对发达国家，从1996年起冻结生产量，2004年开始削减，至2020年完全停用；（2）对发展中国家，从2016年开始冻结生产量，2040年完全停用。,作为制冷剂应该符合如下要求：1热力学性质方面：（1）在工作温度范围内有合适的压力和压力比。（2）通常要求单位制冷量q0和单位容积制冷量qv较大。（3）单位质量所消耗的功w和单位容积压缩功wv要小，循环效率高，经济性好。（4）等熵压缩的终了温度不要太高。（5）绝热压缩指数要小。（6）气化潜热要大。,2传输性质方面：（1）粘度、密度尽量小。（2）热导率大。（3）物理化学性质方面。无毒、不燃烧、不爆炸、使用安全。化学稳定性和热稳定性好。对大气环境无破坏作用。（4）对材料的作用“镀铜”现象。（5）与润滑油的关系。（6）对水的溶解性。（7）泄漏性。（8）抗电性。（9）安全性。（10）来源充足，制造工艺简单，价格便宜。,三、制冷剂的分类和命名,1制冷剂的分类（1）无机物制冷剂。如NH3、CO2和H2O等。（2）卤代烃制冷剂（氟利昂）。如R12、R134a、R22、R11、R123等。（3）碳氢化合物制冷剂。如甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、乙烯、丙烯等。（4）环烷烃的卤代物、链烯烃的卤代物也可作制冷剂使用，如八氟环丁烷，二氟二氯乙烯等。（5）共沸制冷剂。如R500，R502、R507等。（6）非共沸制冷剂。如R400，R402、R407等。,2制冷剂的命名（1）无机化合物。无机化合物的简写符号规定为R7（）。括号代表一组数字，这组数字是该无机物分子量的整数部分。（2）卤代烃和烷烃类。烷烃类化合物的分子通式为CmH2m+2；卤代烃的分子通式为CmHnFxClyBrz（2m+2=n+x+y+z），它们的简写符号规定为R（m-1）（n+1）（x）B（z）。表25为一些制冷剂的符号举例,（3）非共沸混合制冷剂。非共沸混合制冷剂的简写符号为R4（）。括号代表一组数字，这组数字为该制冷剂命名的先后顺序号，从00开始。（4）共沸混合制冷剂。共沸混合制冷剂的简写符号为R5（）。括号代表一组数字，这组数字为该制冷剂命名的先后顺序号，从00开始。（5）环烷烃、链烯烃以及它们的卤代物。其简写符号规定：环烷烃及环烷烃的卤代物用字母“RC”开头，链烯烃及链烯烃的卤代物用字母“R1”开头。（）有机制冷剂则在600序列任意编号。,在大气臭氧层问题提出来以后，为了能较简单地定性判别不同种类制冷剂对大气臭氧层的破坏能力，氯氟烃类物质代号中的R可表示为CFC，氢氯氟烃类物质代号中的R可表示为HCFC，氢氟烃类物质代号中的R可表示为HFC，碳氢化合物代号中的R可表示为HC，而数字编号不变。例如，R12可表示为CFCl2，R22可表示为HCFC22，R134a可表示为HFCl34a。,四、制冷剂的环保要求,图21 一些制冷剂的ODP值和H GWP值示意图,描述对臭氧的消耗特征及其强度分布，通常使用ODP（Ozone Depletion Potential）值。ODP值表示对大气臭氧层消耗的潜能值，以R11作为基准值，其值规定为1.0。这类制冷剂不仅要破坏大气臭氧层，还具有全球变暖潜能值（Global Warming Potential，简称GWP）。具有全球变暖效应的气体称为温室气体。也选用R11作为基准，其值规定为1.0，符号为HGWP。,总而言之，在选用制冷剂时，除了要考虑其热力学性质外，还需要考虑制冷剂的物理化学性质，如毒性、燃烧性、爆炸性、与金属材料的作用、与润滑油的作用、与大气环境的“友好性”等。,第二节 常用和新型的制冷剂,氨：它在蒸发器中的蒸发压力一般为0.0980.491Mpa，在冷凝器内的冷凝压力一般为0.9811.570 MPa，标准蒸发温度为-33.4，凝固温度为-77.9。氨具有较好的热力学性质和热物理性质，单位容积制冷量大，粘性小，流动阻力小，传热性能好。此外，氨的价格低廉，又易于获得。氨的主要缺点是对人体有较大的毒性，也有一定的可燃性。氨的压缩终温较高。氨在矿物油中的溶解度很小。纯氨不腐蚀钢铁。氨能以任意比例与水相互溶解。氨的检漏方法：从刺激性气味很容易发现系统漏氨；可以用石芯试纸或酚酞试纸化学检漏。,卤代烃 分子量较大、密度高、流动性差，在制冷系统中循环时流动阻力大；绝热指数小，压缩终了温度低；传热性能较差；溶水性极差，系统中应严格控制水的含量；对金属的腐蚀性很小；遇明火时，卤代烃中会分解出氟化氢、氯化氢或光气；无味、渗透性强，在系统中极易渗透；价格高。,混合制冷剂（）共沸混合制冷剂共沸混合制冷剂是由两种或两种以上不同的制冷剂、按一定比例相互溶解而成的制冷剂。它与单组分的制冷剂一样，在一定的压力下蒸发时能保持恒定的蒸发温度，且液相与气相始终具有相同的组分。（2）非共沸混合制冷剂非共沸混合制冷剂是由两种或两种以上不同的制冷剂、按一定比例相互溶解而成的制冷剂。在饱和状态下，气液两相的组成组分不同，低沸点组分在气相中的成分总是高于液相中的成分。非共沸混合制冷剂没有共沸点。在定压下蒸发或凝结时，气相和液相的成分不同，温度也在不断变化。,第三节 载冷剂,直接冷却系统 间接冷却系统：被冷却物体的热量 是通过载冷剂传给制冷剂,载冷剂的特性,优点：（1）减小制冷机系统的容积及制冷剂的充灌量；（2）热容量大，被冷却对象的温度易于保持稳定，蓄冷能力大；（3）便于机组的运行管理，便于安装。缺点：（1）增加了动力消耗及设备费用；（2）加大了被冷却物与制冷剂之间的传热温差，需要较低的制冷机蒸发温度，总的传热不可逆损失增大。,一、载冷剂的要求,载冷剂在工作温度下应处于液体状态；其凝固温度应低于工作温度，沸点应高于工作温度。热容要大。密度小。粘度小；化学的稳定性好。对设备和管道无腐蚀。载冷剂应不燃烧、爆炸、无毒，对人体无害。价格便宜，容易获得。,二、常用的载冷剂的性质,常用的载冷剂是水、无机盐水溶液或有机物液体。它们适用于不同的载冷温度。各种载冷剂能够载冷的最低温度受其凝固点的限制。,1水水可以用于蒸发温度高于0的制冷装置中的载冷剂。由于水价格便宜、易于获得、传热性能好，因此在空调装置及某些0以上的冷却过程中广泛地用作载冷剂。水的缺点是只适合于载冷温度在0以上的使用场合。,2无机盐水溶液 盐水，如氯化钙、氯化钠、氯化镁等的水溶液。无机盐水溶液有较低的凝固温度，适合于在中、低温制冷装置中载冷。它的主要缺点是对一些金属材料有腐蚀作用。,图23 盐水溶液的相图（T图）,盐水溶液的密度和比热容都比较大，因此，传递一定的冷量所需盐水溶液的体积循环量较小。盐水溶液具有腐蚀性，尤其是略呈酸性且与空气相接触的稀盐溶液对金属材料的腐蚀性很强。为此需要采取一定的缓蚀措施。如在盐水溶液中添加缓蚀剂，使溶液呈中性（pH值调整到7.08.5）。缓蚀剂通常采用二水重铬酸钠（Na2Cr2O72H2O）和氢氧化钠（NaOH）。通常是在每1m3氯化钙溶液里加1.6kg的重铬酸钠和0.432kg的氢氧化钠；在每1m3氯化钠溶液里加3.2kg的重铬酸钠和0.862kg的氢氧化钠。,第四节 冷冻机油,制冷压缩机中所使用的润滑油，也称为冷冻机油。,冷冻机油的作用：润滑作用；冷却作用；密封作用；用作能量调节机构的动力。,一、制冷循环系统对冷冻机油的性能要求,优良的与制冷剂共存时的热稳定性；有极好的与制冷剂的互溶性；良好的润滑性；优良的低温流动性；无蜡状物絮状分离；不含水和优良的绝缘性能。,二、冷冻机油的分类,冷冻机油主要可分为：矿物油、合成油。矿物油又以其所含主要成分不同，分为石蜡基油和环烷基油。合成油：烷基苯（A1kylbenzene)；聚（烷基乙）二醇（PolyalkyleneGlyco1），可用PAG表示；多元醇酯类油（Polyol Ester），亦称聚酯油，用POE表示。,